วิศวกรระดับนาโนแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ได้พัฒนาหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่เรียกว่าไมโครโรบอท ซึ่งสามารถว่ายไปมาในปอด ส่งยา และใช้เพื่อขจัดกรณีปอดบวมจากแบคทีเรียที่คุกคามชีวิตได้
ในหนู ไมโครโรบอทสามารถกำจัดแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดโรคปอดบวมในปอดได้อย่างปลอดภัยและส่งผลให้รอดชีวิตได้ 100% ในทางตรงกันข้าม หนูที่ไม่ได้รับการรักษาทั้งหมดเสียชีวิตภายในสามวันหลังจากติดเชื้อ
ผลการวิจัยได้รับการเผยแพร่ในวันที่ 22 กันยายนใน Nature Materials
ไมโครโรบอททำมาจากเซลล์สาหร่ายที่มีพื้นผิวเป็นจุดด่างดำด้วยอนุภาคนาโนที่เติมสารปฏิชีวนะ สาหร่ายให้การเคลื่อนไหว ซึ่งช่วยให้ไมโครโรบอทสามารถว่ายไปมาและส่งยาปฏิชีวนะไปยังแบคทีเรียในปอดโดยตรง อนุภาคนาโนที่มียาปฏิชีวนะทำมาจากโพลีเมอร์ทรงกลมขนาดเล็กที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งเคลือบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ของนิวโทรฟิล ซึ่งเป็นเซลล์เม็ดเลือดขาวชนิดหนึ่ง ความพิเศษของเยื่อหุ้มเซลล์เหล่านี้คือการดูดซับและทำให้โมเลกุลการอักเสบที่ผลิตโดยแบคทีเรียและระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายเป็นกลาง สิ่งนี้ทำให้ไมโครโรบอทมีความสามารถในการลดการอักเสบที่เป็นอันตราย ซึ่งจะทำให้พวกมันมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการต่อสู้กับการติดเชื้อในปอด
งานนี้เป็นความพยายามร่วมกันระหว่างห้องปฏิบัติการของศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมนาโนอย่าง Joseph Wang และ Liangfang Zhang ทั้งที่ UC San Diego Jacobs School of Engineering หวางเป็นผู้นำระดับโลกในด้านการวิจัยไมโครและนาโนโรโบติกส์ ในขณะที่จางเป็นผู้นำระดับโลกในการพัฒนาอนุภาคนาโนที่เลียนแบบเซลล์สำหรับการรักษาโรคติดเชื้อและโรคต่างๆ พวกเขาร่วมกันเป็นผู้บุกเบิกการพัฒนาหุ่นยนต์ส่งยาขนาดเล็กที่สามารถนำมาใช้อย่างปลอดภัยในสัตว์ที่มีชีวิตเพื่อรักษาการติดเชื้อแบคทีเรียใน กระเพาะอาหาร และ ในเลือด การรักษาการติดเชื้อแบคทีเรียในปอดเป็นงานล่าสุด
“เป้าหมายของเราคือส่งยาตรงเป้าหมายไปยังส่วนต่างๆ ของร่างกายที่ท้าทายมากขึ้น เช่น ปอด และเราต้องการทำในลักษณะที่ปลอดภัย ง่าย เข้ากันได้ทางชีวภาพ และใช้งานได้ยาวนาน” จางกล่าว “นั่นคือสิ่งที่เราได้แสดงให้เห็นในงานนี้”
ทีมวิจัยได้ใช้ไมโครโรบอทเพื่อรักษาหนูที่เป็นโรคปอดบวมแบบเฉียบพลันและอาจถึงแก่ชีวิตได้ ซึ่งเกิดจากแบคทีเรีย Pseudomonas aeruginosa โรคปอดบวมรูปแบบนี้มักส่งผลกระทบต่อผู้ป่วยที่ได้รับการใช้เครื่องช่วยหายใจในหอผู้ป่วยหนัก นักวิจัยบริหารไมโครโรบอทไปยังปอดของหนูโดยใช้ท่อที่สอดเข้าไปในหลอดลม การติดเชื้อหายไปอย่างสมบูรณ์หลังจากผ่านไปหนึ่งสัปดาห์ หนูทุกตัวที่ได้รับการรักษาด้วยไมโครโรบอทสามารถอยู่รอดได้ในช่วง 30 วันที่ผ่านมา ในขณะที่หนูที่ไม่ได้รับการรักษาจะเสียชีวิตภายในสามวัน
การรักษาด้วยไมโครโรบอทยังมีประสิทธิภาพมากกว่าการฉีดยาปฏิชีวนะเข้าเส้นเลือด หลังต้องใช้ยาปฏิชีวนะในปริมาณที่มากกว่า 3000 เท่าที่ใช้ในไมโครโรบอทเพื่อให้ได้ผลเช่นเดียวกัน สำหรับการเปรียบเทียบ ไมโครโรบอทขนาดหนึ่งให้ยาปฏิชีวนะ 500 นาโนกรัมต่อหนูหนึ่งตัว ในขณะที่การฉีดเข้าเส้นเลือดดำให้ยาปฏิชีวนะ 1.644 มิลลิกรัมต่อหนูหนึ่งตัว
แนวทางของทีมมีประสิทธิภาพมากเพราะทำให้ยาอยู่ในตำแหน่งที่ต้องการแทนที่จะกระจายไปทั่วร่างกาย
“ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการนำส่งยาเป้าหมายร่วมกับการเคลื่อนไหวของสาหร่ายขนาดเล็กจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษาได้อย่างไร” หวังกล่าว
“ด้วยการฉีดเข้าเส้นเลือด บางครั้งยาปฏิชีวนะเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่จะเข้าสู่ปอด นั่นเป็นสาเหตุที่การรักษาด้วยยาปฏิชีวนะในปัจจุบันสำหรับโรคปอดบวมไม่ได้ผลตามความจำเป็น นำไปสู่อัตราการเสียชีวิตที่สูงมากในผู้ป่วยที่ป่วยที่สุด” Victor Nizet ศาสตราจารย์ที่ UC San Diego School of Medicine และ Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences กล่าว ซึ่งเป็นผู้เขียนร่วมในการศึกษานี้และเป็นผู้ร่วมวิจัยระหว่างแพทย์และนักวิทยาศาสตร์ของหวางและจาง “จากข้อมูลของเมาส์เหล่านี้ เราเห็นว่าไมโครโรบอทสามารถปรับปรุงการแทรกซึมของยาปฏิชีวนะเพื่อฆ่าเชื้อแบคทีเรียและช่วยชีวิตผู้ป่วยได้มากขึ้น”
และถ้าความคิดที่จะใส่เซลล์สาหร่ายในปอดของคุณทำให้คุณรู้สึกคลื่นไส้ นักวิจัยกล่าวว่าวิธีการนี้ปลอดภัย หลังการรักษา เซลล์ภูมิคุ้มกันของร่างกายสามารถย่อยสาหร่ายได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมด้วยอนุภาคนาโนที่เหลืออยู่ “ไม่มีสารพิษตกค้าง” หวางกล่าว
งานนี้ยังอยู่ในขั้นตอนพิสูจน์แนวคิด ทีมงานวางแผนที่จะทำวิจัยพื้นฐานเพิ่มเติมเพื่อทำความเข้าใจว่าไมโครโรบอทมีปฏิสัมพันธ์กับระบบภูมิคุ้มกันอย่างไร ขั้นตอนต่อไป ยังรวมถึงการศึกษาเพื่อตรวจสอบการรักษาไมโครโรบอทและขยายขนาดก่อนทำการทดสอบในสัตว์ขนาดใหญ่และในท้ายที่สุดในมนุษย์
“เรากำลังผลักดันขอบเขตให้ไกลยิ่งขึ้นในด้านการจัดส่งยาตามเป้าหมาย” จางกล่าว
ชื่อบทความ: “ไมโครโรบอทที่ดัดแปลงอนุภาคนาโนสำหรับการส่งยาปฏิชีวนะในร่างกายเพื่อรักษาโรคปอดบวมจากแบคทีเรียเฉียบพลัน”
